JP2017110255A

JP2017110255A - 表面硬化チェーン、チェーン製造装置およびチェーンの製造方法

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Publication number: JP2017110255A
Application number: JP2015244759A
Authority: JP
Inventors: 正記美和; Masaki Miwa
Original assignee: FEC CHAIN CORP
Current assignee: FEC CHAIN CORP
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-12-16
Also published as: JP6780932B2

Abstract

【課題】強度および靭性を向上できる表面硬化チェーンを提供すること。【解決手段】複数が繋がれた鋼製のリンク１１を備え、リンク１１は、芯部１３と、芯部１３を覆う浸炭層１４とを備えている。浸炭層１４は旧オーステナイト結晶粒度番号が１０以上であり、芯部１３は旧オーステナイト結晶粒度番号が８以上である。浸炭層１４の旧オーステナイト結晶粒度番号が１０以上、芯部１３の旧オーステナイト結晶粒度番号が８以上なので強度および靭性を向上できる。【選択図】図２

Description

本発明は表面硬化チェーン、チェーン製造装置およびチェーンの製造方法に関するものである。

電気チェーンブロックやコンベヤ用チェーン等に使われるリンクチェーンは大きな引張力が加えられるので、耐摩耗性、耐疲労性の高いことが要求される。衝撃荷重も作用するので、リンクチェーンは強度（引張強さ）及び靭性が要求される。このため、浸炭焼入れ・焼戻しをした表面処理チェーンが使用されている（特許文献１）。

特許３３１１９４９号公報

しかしながら上記従来の技術に対して、さらなる強度向上の要求がある。

本発明は上述した要求に応えるためになされたものであり、強度および靭性を向上できる表面硬化チェーン、チェーン製造装置およびチェーンの製造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

この目的を達成するために請求項１記載の表面硬化チェーンによれば、鋼製のリンクが複数繋がれており、リンクは芯部と芯部を覆う浸炭層とを備えている。浸炭層は旧オーステナイト結晶粒度番号が１０以上であり、芯部は旧オーステナイト結晶粒度番号が８以上なので強度および靭性を向上できる効果がある。

請求項２記載の表面硬化チェーンによれば、リンクを構成する鋼は、Ｃ：０．２０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．６５質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。これにより請求項１の効果に加え、焼入れ性を向上させ、且つ、強度および靭性を確保できる効果がある。

請求項３記載の表面硬化チェーンによれば、リンクを構成する鋼は、Ｃ：０．２０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．６５質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３％質量以下、Ｎｉ：０．７０〜１．２質量％、以下の任意添加元素の１種または２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。任意添加元素はＣｒ：０．４０〜０．６０質量％、Ｍｏ：０．１５〜０．２５質量％である。これにより請求項１の効果に加え、焼入れ性を向上させ、且つ、靭性および耐食性を向上できる効果がある。

請求項４記載のチェーン製造装置によれば、鋼製の線材により成形されたリンクが互いに連結されたワークが、浸炭炉により浸炭処理され、浸炭処理されたワークが徐冷炉で徐冷される。徐冷されたワークが高周波焼入装置により焼入れされる。高周波焼入れにより組織を微細なマルテンサイト組織にすることができるので、表面硬化チェーンの強度および靭性を向上できる効果がある。

請求項５記載のチェーンの製造方法によれば、準備工程により、浸炭処理された鋼製のリンクが互いに連結されたワークが準備され、高周波焼入工程によりワークが焼入れされる。高周波焼入れにより組織を微細なマルテンサイト組織にすることができるので、表面硬化チェーンの強度および靭性を向上できる効果がある。

本発明の一実施の形態における表面硬化チェーンの正面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線における表面硬化チェーンの断面図である。（ａ）は本発明の一実施の形態におけるチェーン製造装置の模式図であり、（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における浸炭炉の断面図であり、（ｃ）は変形例における浸炭炉の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１を参照して、本発明の一実施の形態における表面硬化チェーン１０の構成を説明する。図１は本発明の一実施の形態における表面硬化チェーン１０の正面図であり、図２は図１の矢印ＩＩ−ＩＩ線における表面硬化チェーン１０の断面図である。なお、図１では表面硬化チェーン１０の長手方向の中間部分の図示が一部省略されており、図２では断面の一部が拡大されている。

図１に示すように表面硬化チェーン１０は、Ｏ形状に形成された環状のリンク１１が複数繋がれたリンクチェーンである。リンク１１は、合金元素の含有量を抑制した鋼製の線材（丸棒）により形成されている。溶接部１２は、曲げ加工により突き合わされた線材の端面同士が電気抵抗溶接などにより接合された部位である。

図２に示すようにリンク１１は、芯部１３の外周側に芯部１３を覆う浸炭層１４が形成されている。浸炭層１４は、ガス浸炭やプラズマ浸炭等によりリンク１１に炭素を拡散させた層である。リンク１１は浸炭後（浸炭層１４の形成後）に徐冷され、その後に高周波焼入れが行われる。浸炭層１４が形成され表面１５が硬化されることにより、表面硬化チェーン１０の耐磨耗性を確保できる。なお、リンク１１を構成する鋼の化学組成は以下のとおりである。

Ｃはリンク１１の強度、特に芯部１３の強度を確保するための元素であり、含有量は０．２０〜０．３０質量％である。Ｃはリンク１１の強度を確保するため、下限が０．２０質量％である。Ｃは０．３０質量％を超えると靭性が低下するため、上限は０．３０質量％である。

Ｓｉはリンク１１の強度を確保するのに必要な元素であり、含有量は０．１５〜０．３０質量％である。Ｓｉはリンク１１の強度を確保するため、下限が０．１５質量％である。Ｓｉは０．３０質量％を超えると靭性が低下するため、上限は０．３０質量％である。

Ｍｎは脱酸元素として利用されると共に、鋼中のＳと反応してＭｎＳを形成し、Ｓの無害化に有益な元素である。Ｍｎの含有量は０．６０〜１．６５質量％である。Ｍｎが過剰に含まれると、焼入れ性が増大し靭性が低下するので、上限は１．６５質量％である。

Ｐは鋼の延性を低下させるので、できるだけ少ない方が望ましい。また、Ｐは粒界に偏析し易く、粒界が破壊し易くなるので、含有量は０．０３質量％以下（０％を含まない）である。

ＳはＰと同様に鋼の延性を低下させるので、できるだけ少ない方が望ましい。また、Ｓは粒界に偏析し易く、粒界が破壊し易くなるので、含有量は０．０３質量％以下（０％を含まない）である。

Ｂは焼入れ性を向上させる元素であり、また旧オーステナイト結晶粒界を強化する効果があり、破壊の抑制に寄与する元素である。しかし、この効果は、Ｂを過剰に含有させても飽和するので、Ｂは含有量を０．０００５〜０．００３０質量％とする。

Ｎｉは表面脱炭の抑制や耐食性の向上に有効な元素である。鋼を強靭にし、また低温脆性や高温時の結晶粒粗大化を防止する働きがある。Ｃｒ及びＭｏは任意添加元素である。Ｃｒ及びＭｏは焼入れ性を向上させ、耐熱性や耐クリープ性向上に有効である。

図３を参照して表面硬化チェーン１０を製造するチェーン製造装置２０について説明し、併せて表面硬化チェーン１０の製造方法について説明する。図３（ａ）は本発明の一実施の形態におけるチェーン製造装置２０の模式図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線における浸炭炉４４の断面図である。図３（ｃ）は変形例における浸炭炉４４の断面図である。図３（ｂ）及び図３（ｃ）はワークＷの長手方向の一部の図示が省略されている。

図３（ａ）に示すようにチェーン製造装置２０は、リンク１１（図１参照）を繋いでワークＷを成形する成形装置３０、成形されたワークＷに浸炭処理を施す浸炭装置４０、浸炭処理が施されたワークＷを徐冷する徐冷装置５０、徐冷されたワークＷに焼入れする高周波焼入装置６０、及び、焼戻しを行う高周波焼戻装置７０を備えている。

成形装置３０は、線材Ｍを切断し加熱して曲げ及び溶接等を行うことにより、リンク１１（図１参照）を繋いだワークＷを成形するための装置である。成形装置３０では、供給装置３１により鋼製の線材Ｍが成形機３２に供給され、成形機３２で成形されたワークＷが収納装置３３に収納される。

浸炭装置４０は、ワークＷに浸炭処理を施すための装置であり、本実施の形態では、一定方向に回転するベルト４３によって搬送されるワークＷが、浸炭炉４４で連続してガス浸炭される。浸炭装置４０では、供給装置４１によりワークＷが分散装置４２に供給される。分散装置４２は、ベルト４３によるワークＷの搬送方向と直交する方向にワークＷを往復動させることで、図３（ｂ）に示すように、ワークＷを蛇行させて（左右に何度も折り曲げた状態にして）ベルト４３の上に置く装置である。

浸炭装置４０は、ワークＷを蛇行させた状態で浸炭炉４４内を搬送して浸炭処理するので、ワークＷを蛇行させない場合と比較して、浸炭炉４４の炉長を短くできると共に単位時間当たりのワークＷの浸炭処理量を増加できる。ワークＷの蛇行の度合いを調整することにより、浸炭装置４０及び徐冷装置５０による単位時間当たりの処理量と、高周波焼入装置６０による単位時間当たりの処理量とを略同一にできる。その結果、工程間のワークＷの滞留を抑制できる。

なお、分散装置４２を省略して、図３（ｃ）に示すようにベルト４３の長手方向（図３（ｃ）左右方向）に対して平行となるようにワークＷを直線状にベルト４３に乗せ、ベルト４３の幅方向（短手方向）にワークＷを複数本（例えば６〜８本）の並べて浸炭処理を行うことは可能である。ワークＷを並べる本数に応じて、単位時間当たりのワークＷの浸炭処理量を増加できる。

浸炭炉４４はワークＷを８５０〜９５０℃に加熱し、ベルト４３は、浸炭層１４（図２参照）の厚さ（全浸炭深さ）がワークＷ（リンク１１）の線径の２％以上となる速度でワークＷを搬送する。浸炭炉４４内のワークＷの滞在時間は４０〜８０分程度である。全浸炭深さとは、浸炭処理により形成されたＣ濃度分布が母材のＣ濃度に収束する深さである。この深さを越えた部分が芯部１３（図２参照）である。

徐冷装置５０は、浸炭装置４０によって浸炭処理がされたワークＷを徐冷するための装置であり、本実施の形態では、徐冷炉５１が浸炭炉４４に連続して設けられている。ワークＷは、ベルト４３によって浸炭炉４４に続いて徐冷炉５１内を搬送される。徐冷炉５１内は還元雰囲気であることが望ましい。鋼の酸化を防ぐためである。徐冷されたワークＷは、回収装置５２によってベルト４３の上から回収され、収納装置５３に収納される。徐冷炉５１によるワークＷの冷却速度は１５〜３０℃／分が好ましい。生産効率を確保しつつ熱処理歪を抑制し、且つ、ワークＷにマルテンサイト組織を生じ難くするためである。

高周波焼入装置６０は、ワークＷを高周波加熱によりオーステナイト化し、その後、焼入れにより変態させる装置である。高周波焼入装置６０では、供給装置６１によりワークＷが誘導炉６２（高周波誘導炉）へ供給され、誘導炉６２で加熱されたワークＷが液槽６３へ投入されて焼入れされた後、液槽６３から引き上げられて収納装置６４に収納される。高周波焼入れにより、ワークＷの旧オーステナイト結晶粒を微細化し、ワークＷの強度および靭性を向上させる。

誘導炉６２はワークＷを８５０〜１０００℃に加熱し、ワークＷは移動しながら誘導炉６２で加熱されることで、その温度域を５〜１０秒の間に通過する。炭化物を固溶させてオーステナイト化を図り、且つ、結晶粒の粗大化を防ぐためである。

高周波焼戻装置７０は、浸炭層１４（図２参照）の硬度の大きな低下を伴わずにリンク１１の靭性を改善するための装置である。高周波焼戻装置７０では、供給装置７１によりワークＷが誘導炉７２（高周波誘導炉）へ供給され、誘導炉７２で加熱されたワークＷが液槽７３へ投入されて冷却された後、液槽７３から引き上げられて収納装置７４に収納される。

誘導炉７２はワークＷを２００〜４００℃に加熱し、ワークＷは移動しながら誘導炉７２で加熱されることで、その温度域を５〜１０秒の間に通過する。リンク１１の円周方向の断面内の硬さばらつきを生じ難くし、且つ、炭化物の粗大化を防ぐためである。

チェーン製造装置２０によれば、高周波焼入れによりリンク１１の表面近傍を微細なマルテンサイト組織にすることができるので、表面硬化チェーン１０の強度および靭性を向上できる。表面硬化チェーン１０は、芯部１３及び浸炭層１４の旧オーステナイト結晶粒が微細化されている。浸炭層１４は旧オーステナイト結晶粒度番号が１０以上、好ましくは１１以上、より好ましくは１３以上である。芯部１３は旧オーステナイト結晶粒度番号が８以上、好ましくは１３以上である。旧オーステナイト結晶粒度はＪＩＳＧ０５５１（２０１３年版）に準拠して測定される。浸炭層１４だけでなく、芯部１３の旧オーステナイト結晶粒度番号を８以上とすることにより、強度および靭性を向上させることができる。さらに、表面硬化チェーン１０の低温脆性を向上できる。

表面硬化チェーン１０は、試験力が０．９８０７Ｎのマイクロビッカース硬さ試験において、浸炭層１４のビッカース硬さは、芯部１３のビッカース硬さより大きくなるように設定されている。具体的には、浸炭層１４は表面１５のビッカース硬さが５５０〜６５０であり、芯部１３はビッカース硬さが４００〜５００である。なお、ビッカース硬さはＪＩＳＺ２２４４（２００９年版）に準拠して測定される。芯部１３のビッカース硬さは、研磨された芯部１３の断面の硬さである。

本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。この実施例で用いた線材（丸棒、線径１０ｍｍ）の化学組成を表１に示す。

これらの線材について、以下の２つの処理条件で鋼種毎に浸炭および焼入れを行い、試料１から試料４のチェーンを得た。各試料につきサンプル数は１０である。得られたチェーンについて、旧オーステナイト結晶粒度、ビッカース硬さ、静的強さ、衝撃値を測定し、サンプルの平均値を算出した。

（処理条件１）
線材を切断、加熱、曲げ及び溶接してリンクを繋いだワークを成形した。次いで、通常の方法でワークにガス浸炭処理（浸炭温度８５０℃）を施した。この後、ワークを２０℃／分の速度で冷却し、２００℃になったところで炉から取り出した。次いで高周波焼入れ（加熱温度９３０℃）をワークに行った後、２００℃で焼戻しを行った。この処理条件は本発明の実施例である。

（処理条件２）
線材を切断、加熱、曲げ及び溶接してリンクを繋いだワークを成形した。次いで、通常の方法でワークにガス浸炭処理（浸炭温度８７０℃）を施した。この後、ソルト（ＮａＮＯ_２：ＫＮＯ_３＝１：１、融点１４０℃）槽でワークに焼入れを施した後、２００℃で焼戻しを行った。この処理条件は比較例（従来の処理条件）である。

（旧オーステナイト結晶粒度）
ＪＩＳＧ０５５１（２０１３年版）に準拠して、浸炭層および芯部の旧オーステナイト結晶粒度を測定した。

（ビッカース硬さ）
ＪＩＳＺ２２４４（２００９年版）に準拠した試験力が０．９８０７Ｎのマイクロビッカース硬さ試験により、浸炭層の表面のビッカース硬さ、芯部の断面（研磨面）の中心のビッカース硬さを測定した。

（静的強さ試験）
ＪＩＳＢ８８１２（２００４年版）に準拠して、引張試験機で静的引張荷重を加え、チェーンを破断させて破断荷重を測定した。

（チェーンリンク衝撃値）
ＪＩＳＢ８８１２（２００４年版）及びＪＩＳＢ８８４１（２００４年版）に準拠して衝撃試験（試験温度−１０℃）を行い、衝撃値を算出した。

試験結果（平均値）を表２に示す。

表２によれば鋼種１では、条件１により処理された試料１は、条件２により処理された試料２に対して、旧オーステナイト結晶粒度番号は浸炭層において３６％増加し、芯部において１００％増加した。静的強さは９％増加し、衝撃値は８８％増加した。高周波焼入れにより組織を微細化することができ、強度および靭性を向上できることが確認された。

鋼種２では、条件１により処理された試料３は、条件２により処理された試料４に対して、旧オーステナイト結晶粒度番号は浸炭層において２０％増加し、芯部において２９％増加した。静的強さは４％増加し、衝撃値は１２％増加した。鋼種１より増加率は小さいが、鋼種２においても高周波焼入れにより組織を微細化することができ、強度および靭性を向上できることが確認された。

なお、鋼種１はＣ：０．２０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．６５質量％、Ｐ：０．０３％質量以下、Ｓ：０．０３％質量以下、Ｂ：０．０００５〜０．００３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼の１種である。化学組成がこの範囲にある鋼種１以外の鋼においても、上記の条件１の処理を行うことによって、試料１のような特性を示すことを確認した。

鋼種２は、Ｃ：０．２０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．６５質量％、Ｐ：０．０３％質量以下、Ｓ：０．０３％質量以下、Ｎｉ：０．７０〜１．２質量％、Ｃｒ：０．４０〜０．６０質量％、Ｍｏ：０．１５〜０．２５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼の１種である。化学組成がこの範囲にある鋼種２以外の鋼においても、上記の条件１の処理を行うことによって、試料３のような特性を示すことを確認した。

また、Ｃ：０．２０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．６５質量％、Ｐ：０．０３％質量以下、Ｓ：０．０３％質量以下、Ｎｉ：０．７０〜１．２質量％、Ｃｒ：０．４０〜０．６０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼、及び、Ｃ：０．２０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．６５質量％、Ｐ：０．０３％質量以下、Ｓ：０．０３％質量以下、Ｎｉ：０．７０〜１．２質量％、Ｍｏ：０．１５〜０．２５質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる鋼においても、上記の条件１の処理を行なうことによって、試料３のような特性を示すことを確認した。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施の形態では、Ｏ形状（長円状）に形成された環状のリンク１１を複数繋いだ表面硬化チェーン１０（リンクチェーン）について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、リンク同士のもつれを防止するため、リンク１１に代えて、リンクの中間部をスタッドで連結した略θ形状に形成された環状のスタッドリンクを採用することは当然可能である。

上記実施の形態では、ガス浸炭処理を施す浸炭炉４４を備えるチェーン製造装置２０について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、他の浸炭処理を施す浸炭炉とすることは当然可能である。他の浸炭処理としては、減圧下でガス浸炭を行う真空浸炭処理、浸炭窒化処理、プラズマ浸炭処理などが挙げられる。

上記実施の形態では、チェーン製造装置２０が高周波焼戻装置７０を備える場合について説明したが、高周波焼戻装置７０はチェーン製造装置２０に必須の装置ではなく、省略することが可能である。同様に、成形装置３０はチェーン製造装置２０に必須の装置ではなく、省略することが可能である。

上記実施の形態では、徐冷炉５１を通過したワークＷが収納装置５３に収納された後、高周波焼入装置６０の供給装置６１に収容され、焼入れされたワークＷが収納装置６４に収納された後、高周波焼戻装置７０の供給装置７１に収容される場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、浸炭装置４０、徐冷装置５０、高周波焼入装置６０及び高周波焼戻装置７０の単位時間当たりの処理量を略同一に設定することにより、ワークＷの浸炭から焼戻しまでを連続して行うことができる。浸炭装置４０、徐冷装置５０、高周波焼入装置６０及び高周波焼戻装置７０の各装置間のワークＷの搬送を人やロボット等が行わなくて良いので、省力化が可能である。また、収納装置５３，６４及び供給装置６１，７１を不要にできるので、装置の構成を簡素化できる。この場合も高周波焼戻装置７０を省略することは可能である。

なお、ワークＷの浸炭から焼戻しまでを連続して行わなくても、浸炭されたワークＷを準備した後、高周波焼入れから高周波焼戻しまでを連続的に行うことは当然可能である。

上記実施の形態では、リンク１１が連結されたワークＷを製造した後、浸炭し高周波焼入れを行う場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、まず、浸炭処理および徐冷が施された鋼製の線材を用意する。次に、その線材を用いてリンク１１が連結されたワークＷを成形する。次いで、そのワークＷの高周波焼入れ及び高周波焼戻しを行い、表面硬化チェーン１０を製造することは当然可能である。

１０表面硬化チェーン
１１リンク
１３芯部
１４浸炭層
１５表面
２０チェーン製造装置
４４浸炭炉
５１徐冷炉
６０高周波焼入装置
Ｗワーク

Claims

複数が繋がれた鋼製のリンクを備え、
そのリンクは、芯部と、その芯部を覆う浸炭層とを備え、
その浸炭層は旧オーステナイト結晶粒度番号が１０以上であり、前記芯部は旧オーステナイト結晶粒度番号が８以上であることを特徴とする表面硬化チェーン。
前記リンクを構成する鋼は、Ｃ：０．２０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．６５質量％、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項１記載の表面硬化チェーン。
前記リンクを鋼製する鋼は、Ｃ：０．２０〜０．３０質量％、Ｓｉ：０．１５〜０．３０質量％、Ｍｎ：０．６０〜１．６５質量％、Ｐ：０．０３％質量以下、Ｓ：０．０３質量％以下、Ｎｉ：０．７０〜１．２質量％、以下の任意添加元素の１種または２種を含有し、残部がＦｅ及び不可避不純物からなることを特徴とする請求項１記載の表面硬化チェーン（任意添加元素はＣｒ：０．４０〜０．６０質量％、Ｍｏ：０．１５〜０．２５質量％）。
鋼製の線材により成形されたリンクが互いに連結されたワークを浸炭処理する浸炭炉と、
その浸炭炉で浸炭処理された前記ワークを徐冷する徐冷炉と、
その徐冷炉で徐冷された前記ワークを高周波焼入れする高周波焼入装置とを備えていることを特徴とするチェーン製造装置。
浸炭処理された鋼製のリンクが互いに連結されたワークを準備する準備工程と、
そのワークを高周波焼入れする高周波焼入工程とを備えていることを特徴とするチェーンの製造方法。